Dinamica dei sedimenti e degli habitat nei corsi d’acqua
La dinamica dei sedimenti e dei deflussi determina la morfologia dei corsi d’acqua come pure la loro funzio- nalità ecologica. In Svizzera, la dinamica dei sedimenti di molti corsi d’acqua è fortemente compromessa. La riattivazione delle funzioni ecologiche e della dinamica sedimentologica e di deflusso è il presupposto per un’efficace rinaturazione delle acque e costituisce un obiettivo importante della revisione della legge sulla protezione delle acque. Il progetto di ricerca interdisci- plinare «Dinamica dei sedimenti e degli habitat» ha preso in esame l’impatto dell’uomo sulla dinamica dei sedimenti nei corsi d’acqua e ha studiato e sviluppato le misure per riattivare tale dinamica. I risultati di maggior rilievo per la pratica saranno illustrati nella presente raccolta di schede tematiche.
M. Di Giulio, M. J. Franca, Ch. Scheidegger, A. Schleiss, D. Vetsch, Ch. Weber
La morfologia dei corsi d’acqua naturali è fortemente condizionata dalla dinamica dei sedimenti, vale a dire dalla mobilizzazione, dal trasporto e dal deposito di ciot- toli, ghiaia e sabbia. I sedimenti contribuiscono alla cre- azione di nuovi ambienti per gli organismi specializzati, come le specie vegetali pioniere, e favoriscono la biodi- versità nei e lungo i corsi d’acqua (fig. 2). Gli impianti di accumulazione, le opere di sbarramento e di rettifi- cazione realizzate dall’uomo hanno modificato notevol- mente la dinamica dei sedimenti, con numerose conse- guenze sul piano ecologico (fig. 1).
L’importanza dei sedimenti per la funzionalità dei corsi d’acqua è poco nota all’opinione pubblica. Ai sedimenti viene rivolta la giusta attenzione soltanto quando, fuori- uscendo dagli alvei fluviali a seguito di piene o colate detritiche, diventano un pericolo (continua a pagina 8)
Programma di ricerca «Sistemazione ed ecologia dei corsi d’acqua»
Quindici anni fa, l’Ufficio federale dell’ambiente UFAM, insieme agli istituti di ricerca VAW (ETH Zurigo), LCH (EPF Losanna), Eawag e WSL, ha lanciato il Programma di ricerca sulla sistemazione e l’ecologia dei corsi d’ac- qua, con l’obiettivo di elaborare basi scientifiche volte a trovare risposte a questioni pratiche attuali e di strut- turarle in funzione della loro applicazione. Al pro- gramma hanno preso parte ricercatori di diverse disci- pline come pure specialisti in ambito pratico. I suoi risultati possono contribuire all’applicazione delle leggi sulla sistemazione dei corsi d’acqua e sulla protezione delle acque e sono disponibili per la pratica sotto forma di manuali, articoli specialistici e schede tematiche.
Dopo «Rodano-Thur» e «Gestione integrata del bacino fluviale», «Dinamica dei sedimenti e degli habitat» è il terzo progetto di ricerca realizzato nell’ambito del pro- gramma «Sistemazione ed ecologia dei corsi d’acqua».
Le sue due priorità sono: 1) l’attivazione dei sedimenti e la dinamizzazione delle acque nonché 2) la rivitaliz- zazione dei paesaggi golenali. Una descrizione detta- gliata del progetto di ricerca con le sue priorità, sotto- progetti e aspetti specifici è fornita da Schleiss et al.
(2014) e Scheidegger et al. (2014).
Importanti pubblicazioni per la pratica derivate finora dal programma di ricerca:
• Handbuch für die Erfolgskontrolle bei Fliessge- wässerrevitalisierungen (Woolsey et al. 2005)
• Integrales Gewässermanagement – Erkenntnisse aus dem Rhone-Thur-Projekt (Rohde 2005)
• Synthesebericht Schwall/Sunk (Meile et al. 2005)
• Wasserbauprojekte Gemeinsam Planen. Handbuch für die Partizipation und Entscheidungsfindung bei Wasserbauprojekten (Hostmann et al. 2005)
• Schede tematiche sulla sistemazione e l’ecologia
dei corsi d’acqua. Risultati del progetto di gestione
integrata del bacino fluviale (UFAM 2012).
Fig. 1
Modello di una rete di corsi d’acqua con raffigurazione degli interventi antropici sulla dinamica dei sedimenti e le misure per la sua riattivazione (tab. 1) che saranno trattate nella presente raccolta di schede tematiche.
Illustrazione: Marcel Schneeberger, Manuela Di Giulio
B
C D
E
F
G
H I
J
L K
A
Spiegazioni per la figura 1: cause di una dinamica alterata dei sedimenti e misure per riattivarla. La tabella riporta una serie di esempi di conseguenze ecologiche e rimanda alle relative schede tematiche della presente raccolta.
Riferimento figura 1 Cause di un’alterazione della dinamica N. scheda
A Nella parte superiore del bacino imbrifero trovano impiego le briglie per il consolidamento dell’alveo e delle sponde. Queste limitano l’erosione e di conseguenza l’apporto di materiale solido.
Conseguenze ecologiche (es.): nel corso inferiore si crea un deficit di materiale solido, che, a sua volta, riduce la varietà degli habitat nel e lungo il corso d’acqua.
4
B I laghi artificiali interrompono quasi completamente il tras- porto di sedimenti: la velocità della corrente si riduce, i sedi- menti si depositano e si accumulano.
Conseguenze ecologiche (es.): nella zona di sbarramento i semi vegetali contenuti nel sedimento affondano nel suolo perdendo la loro capacità di germinazione. La loro diffusione viene interrotta.
6
C Le opere di rettificazione e il consolidamento delle sponde aumentano la capacità di trasporto dei sedimenti e impedi- scono l’erosione delle rive limitando l’apporto laterale di sedimenti.
Conseguenze ecologiche (es.): gli interventi di consolidamento delle rive riducono la formazione di ambienti ripariali dinamici e ampiamente strutturati.
1, 3
D In caso di scarso trasporto solido, i prelievi di ghiaia possono determinare un deficit di sedimenti.
Conseguenze ecologiche (es.): un deficit di sedimenti può provocare un abbassamento dell’alveo determinando un calo del livello delle falde acquifere e l’isolamento delle golene dalla dinamica fluviale.
1, 5
E La deposizione dei sedimenti avviene nella zona di sbarra- mento delle centrali idroelettriche ad acqua fluente. A seconda del tipo di esercizio della centrale, tale situazione può causare un apporto insufficiente di sedimenti a valle.
Conseguenze ecologiche (es.): a valle delle centrali idro- elettriche ad acqua fluente mancano i sedimenti necessari per i siti di riproduzione dei pesci, come ad esempio i temoli, che depongono le uova su fondali ghiaiosi.
1
Sezione figura 1 Misure di ripristino della dinamica N. scheda
F Con i riporti di ghiaia vengono apportati sedimenti. Quando nei fiumi dell’Altopiano o in quelli alpini vi è un deficit di materiale detritico, si ricorre a un riporto di ghiaia a valle degli impianti di accumulazione.
Conseguenze ecologiche (es.): i riporti di materiale assicu- rano la disponibilità di sedimento per gli habitat acquatici e terrestri.
7
G Viene rimossa l’arginatura e favorita l’erosione delle sponde mediante riporti di ghiaia e soglie di fondo. L’erosione così indotta aumenta l’apporto di sedimenti.
Conseguenze ecologiche (es.): con l’erosione delle sponde si creano ambienti come le pareti di nidificazione per il martin pescatore o la rondine riparia.
7
H Le opere di ritenuta selettiva dei sedimenti lasciano passare le piene di piccola e media entità insieme ai sedimenti, e bloccano soltanto gli eventi di piena più intensi che costitui- scono un pericolo per le zone abitate e le infrastrutture.
Conseguenze ecologiche (es.): riattivazione della dinamica dei sedimenti nel tratto a valle del corso d’acqua e possibile formazione di un mosaico dinamico di habitat.
4
I Le insenature laterali delle sponde influenzano l’accumulo di sedimenti fini, come dimostrano gli esperimenti in laboratorio.
Conseguenze ecologiche (es.): l’accumulo di sedimenti fini può incrementare la varietà di habitat nei corsi d’acqua.
3
J Le piene artificiali periodiche in combinazione con i riporti di ghiaia possono riattivare la dinamica dei sedimenti a valle del corso d’acqua.
Conseguenze ecologiche (es.): le piene artificiali possono determinare l’asportazione di sedimenti fini dal letto del corso d’acqua e migliorare la riproduzione di pesci come le trote, che depongono le loro uova sui fondali ghiaiosi.
3, 6, 7
K Le gallerie di bypass convogliano i sedimenti intorno ai bacini di accumulazione consentendo il transito dei sedimenti.
Conseguenze ecologiche (es.): la riattivazione del trasporto dei sedimenti migliora la propagazione di semi e parti vegetali riproduttive. Riattivazione della dinamica dei sedimenti nel tratto a valle del corso d’acqua e possibile formazione di un mosaico dinamico di habitat.
6
L Una dinamica seminaturale dei sedimenti rafforza la connettività degli ambienti e favorisce la biodiversità delle golene.
Conseguenze ecologiche (es.): una dinamica seminaturale dei sedimenti contribuisce alla formazione di banchi di ghiaia, habitat ideali per le specie pioniere.
5
(continua da pagina 5) per la popolazione, le abitazioni o le infrastrutture. Nel 2005, le intense precipitazioni mo- bilizzarono in molte località grandi quantità di sedimenti che, a seconda della zona, provocarono rotture di dighe, inondazioni e accumuli di detriti su vaste superfici, come nei pressi dell’Aa di Engelberg nel Canton Obvaldo, dove circa 170 000 m
3di sedimenti furono trasportati dal ba- cino imbrifero superiore nella pianura di Grafenort (fig. 3) provocando ingenti danni. Parte della strada cantonale per Engelberg fu inoltre spazzata via causando un danno di oltre dieci milioni di franchi (UFAM 2007).
Molti processi sedimentologici sono estremamente com- plessi. Per esempio i sedimenti restano spesso depositati per anni nelle scarpate, negli alvei o nelle golene prima di essere nuovamente mobilizzati e trasportati a valle, im- piegando così anche decenni prima di raggiungere un lago o mare in cui si depositano. In sistemi fluviali estesi, come quello del Rio delle Amazzoni, possono trascorrere addirittura fino a 10 000 anni prima che i sedimenti dalla sorgente arrivino al mare (Wohl et al. 2015).
Riattivare la dinamica dei sedimenti
In molti corsi d’acqua della Svizzera la dinamica dei se- dimenti è fortemente compromessa (fig. 1, tab. 1). Molti grandi fiumi dell’Altopiano non trasportano quasi più ma-
teriale solido di fondo. Viene definito materiale solido di fondo la parte grossolana del sedimento a contatto con l’alveo fluviale trasportata per rotolamento o saltazione.
Le cause principali che determinano un limitato apporto di materiale solido nei torrenti sono da ricercare nelle opere di sbarramento, nel consolidamento degli argini per proteggerli dall’erosione nonché nelle camere di ritenuta che trattengono grandi quantità di sedimenti. Inoltre, le centrali idroelettriche interrompono il trasporto di mate- riale solido che rimane nel bacino di accumulazione.
D’altro canto vi sono corsi d’acqua con un eccesso di se- dimenti (Schälchli et al. 2005) dovuto, per esempio, al di- lavamento dei sedimenti fini dalle superfici agricole. I se- dimenti sono trasportati dalle acque in sospensione.
Una dinamica seminaturale dei sedimenti e dei deflussi è basilare per la funzionalità e il valore ecologico dei corsi d’acqua. Il suo ripristino costituisce quindi un importante obiettivo della revisione della legge sulla protezione delle acque (cfr. cap. La revisione della legge sulla protezione delle acque: un compito politico), che può essere rag- giunto sia con l’adozione di misure di esercizio che edilizie o di entrambe contemporaneamente. Le misure edilizie sono di regola attuate una tantum, mentre quelle di eser- cizio in modo ricorrente. L’aiuto all’esecuzione «Risana- mento del bilancio in materiale solido di fondo – Pianifi- cazione strategica» dell’Ufficio federale dell’ambiente UFAM (Schälchli e Kirchhofer 2012) illustra un’ampia
Foto: Vinzenz Maurer Foto: Forze aeree svizzere.
Fig. 2
Il fiume Kander che scorre nel Gasterntal (BE) è caratterizzato da una dinamica seminaturale dei sedimenti e dei deflussi.
Fig. 3
Nell’agosto del 2005 la frazione di Grafenort (OW) fu inondata dal fiume Aa.
Alcune di queste misure e le loro conseguenze idrauliche ed ecologiche (fig. 1, tab. 1) sono state oggetto di studio del progetto «Dinamica dei sedimenti e degli habitat»
(cfr. riquadro a pag. 5).
La revisione della legge sulla protezione delle acque: un compito politico
La revisione della legge sulla protezione delle acque è entrata in vigore nel 2011. La legge persegue l’obiettivo di valorizzare i corsi d’acqua come ambienti seminaturali e di ripristinare le loro funzioni naturali. A tal fine è stato avviato un programma di rinaturazione su scala nazio- nale che comprende la rivitalizzazione di 4000 chilometri di corsi d’acqua entro il 2090 nonché il risanamento, en- tro il 2030, degli effetti negativi causati dalla produzione di energia idroelettrica (in particolare: deflussi disconti- nui, sedimenti, migrazione ittica). Inoltre, per la fine del 2018, è prevista la delimitazione di un adeguato spazio riservato alle acque lungo l’intera rete idrografica.
Per l’attuazione del programma di rinaturazione, l’Ufficio federale dell’ambiente UFAM ha elaborato l’aiuto all’ese- cuzione «Rinaturazione delle acque», articolato in vari moduli (UFAM 2017), che mira a sostenere i Cantoni nell’attuazione delle nuove disposizioni giuridiche e a consentire un’esecuzione del diritto federale coordinata e uniforme su scala nazionale.
Schede tematiche
I principali risultati rilevanti per la pratica del progetto di ricerca «Dinamica dei sedimenti e degli habitat» sono ri- assunti nella presente raccolta di schede tematiche, una continuazione di «Schede tematiche sulla sistemazione e l’ecologia dei corsi d’acqua» pubblicata nel 2012 (UFAM 2012). Come nella prima raccolta, i temi e i contenuti sono stati elaborati nell’ambito di un processo interdisci- plinare e interattivo, al quale hanno preso parte ricerca- tori e operatori pratici di diversi settori amministrativi specifici e associazioni portatrici d’interesse. Le schede informano sullo stato attuale della ricerca e sono com- pletate da una bibliografia scientifica a carattere orien-
schede stesse sono citati soltanto alcuni lavori scientifici per una migliore leggibilità dei testi. Un elenco completo di tutti i lavori finora pubblicati è riportato alla voce pro- dotti e pubblicazioni della pagina web del programma www.rivermanagement.ch. Sulla stessa pagina web si può consultare il glossario relativo alle schede tematiche.
Bibliografia
L’elenco bibliografico dettagliato relativo a questa
scheda si trova nella pagina web del programma
www.rivermanagement.ch > prodotti e pubblicazioni
La raccolta comprende le seguenti schede tematiche
1 Dinamica dei sedimenti nella rete idrografica 2 Dinamica dei sedimenti e misurazione dei suoi effetti
La mobilizzazione, il trasporto e il deposito dei sedimenti sono soggetti a notevoli variazioni temporali e spaziali. Questa dinamica è guidata da agenti geomorfologici, climatici, idrologici e idraulici nonché ecologici. Gli animali, le piante, i funghi e i microrganismi hanno sviluppato una moltitudine di adattamenti per adeguarsi alla dinamica dei sedimenti, da cui numerose specie addirittura di- pendono per il loro sviluppo. L’uomo modifica tale dinamica in maniera diretta e indiretta. La scheda 1 offre una visione generale della dinamica dei sedimenti nei corsi d’acqua della Svizzera e descrive le conseguenze degli interventi umani.
I metodi impiegati nel mondo intero per misurare la dinamica dei sedimenti e i suoi effetti sulle condizioni ambientali, i processi eco- logici e gli esseri viventi sono svariati. Si fa ricorso tanto ai metodi classici quanto alle nuove tecnologie, come il telerilevamento mediante droni, la misurazione del consumo di ossigeno nel fondo ghiaioso o le analisi genetiche. La scheda 2 offre una visione generale dei metodi in uso e spiega il loro utilizzo nell’ambito del progetto di ricerca «Dinamica dei sedimenti e degli habitat».
3 Importanza della dinamica dei sedimenti e fattori che la influenzano
4 Opere di ritenuta selettiva dei sedimenti
I sedimenti fini e la loro dinamica influenzano la morfologia e gli habitat dei corsi d’acqua. I sedimenti fini si formano in seguito a processi come l’erosione del suolo e contribuiscono allo sviluppo di boschi golenali a legno duro e altri habitat nei e lungo i corsi d’acqua. Questa scheda descrive la dinamica dei sedimenti fini e spiega come sia influenzata dalla struttura delle sponde e da altri fattori. Nel progetto di ricerca «Dinamica dei sedimenti e degli habitat», l’influenza dell’assetto geometrico delle sponde sulla di- namica dei sedimenti fini è stata studiata sistematicamente in esperimenti di laboratorio.
Le opere di ritenuta nei torrenti trattengono i sedimenti al fine di ridurre i danni delle piene alle zone abitate e alle infrastrutture.
Quelle classiche li trattengono già durante le piene modeste, anche se il loro trasporto in questo caso non provocherebbe danni. In tal modo si crea un deficit di sedimenti nei tratti a valle dei corsi d’acqua. La scheda 4 spiega come migliorare la continuità del trasporto di sedimenti mediante la realizzazione di opere di ritenuta selettiva dei sedimenti.
5 Dinamica e biodiversità nelle golene 6 Gallerie di bypass dei sedimenti e piene artificiali
Le zone golenali caratterizzate da una grande varietà di ambienti presentano una maggiore resistenza ecologica rispetto a quelle con minore varietà. La varietà di habitat e specie delle zone golenali dipende principalmente dallo spazio riservato alle acque, dalla dina- mica dei deflussi e dei sedimenti nonché dalla connettività degli ambienti. L’adozione di misure specifiche che favoriscono lo sviluppo delle specie tipicamente golenali può aumentare la varietà di specie.
La scheda 5 illustra i principali fattori che influenzano gli ambienti golenali, riporta alcuni esempi e offre una visione generale sullo stato attuale delle ricerca nell’ambito delle zone golenali.
La continuità del trasporto di sedimenti è interrotta dalla presenza di laghi artificiali. Nei tratti a valle dei corsi d’acqua si crea così un deficit di sedimenti che ha conseguenze negative per l’ecologia e la morfologia dei corsi d’acqua. Le gallerie di bypass dei sedimenti e le piene artificiali incrementano la disponibilità di sedimenti e ne riducono la carenza. La scheda 6 descrive entrambe le misure spiegandole con esempi concreti. Mostra inoltre gli effetti di tali misure sull’ecologia e sulla morfologia delle acque.
7 Riporti di ghiaia ed erosione delle sponde
Numerosi corsi d’acqua della Svizzera sono compromessi dal punto di vista ecologico perché trasportano una quantità insufficiente di sedimenti. I riporti di ghiaia e l’induzione dell’erosione delle sponde possono migliorare la disponibilità di sedimenti, con il conseguente vantaggio di valorizzare anche gli ambienti e contenere l’erosione del fondale. La scheda 7 illustra mediante esempi concreti entrambe le misure, ne descrive gli effetti ecologici e spiega come pianificarle e metterle in pratica.
Istituti di ricerca coinvolti: Eawag: Istituto per la ricerca sulle acque dei Politecnici federali; Laboratoires de Constructions Hydrauliques (LCH), EPFL Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), ETH Zurigo; Istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio (WSL)
Direzione del progetto: Anna Belser, coordinamento progetto, UFAM; Christoph Scheidegger, WSL; Christine Weber, Eawag;
David Vetsch, VAW-ETH Zurigo; Mário J. Franca, LCH-EPFL
Assistenza specialistica: UFAM: Hugo Aschwanden,
Rémy Estoppey, Andreas Knutti, Stephan Lussi, Manuel Nitsche, Olivier Overney, Carlo Scapozza, Diego Tonolla, Hans Peter Willi Cantoni: Josef Hartmann (GR), Norbert Kräuchi (AG),
Christian Marti (ZH), Vinzenz Maurer (BE), Sandro Ritler (LU), Thomas Stucki (AG); Istituti di ricerca: Bernhard Wehrli (Eawag), Anton Schleiss (LCH-EPFL), Robert Boes (VAW-ETHZ), Christoph Hegg (WSL); Altri: Raimund Hipp (CDPNP), Roger Pfammatter (ASEA), Luca Vetterli (Pro Natura) Redazione: Manuela Di Giulio, Natur Umwelt Wissen GmbH
Indicazione bibliografica: Di Giulio, M. Franca, M. J., Scheidegger, Ch., Schleiss, A., Vetsch, D., Weber, Ch., 2017:
Dinamica dei sedimenti e degli habitat nei corsi d’acqua.
In: Dinamica dei sedimenti e degli habitat. Ufficio federale dell’ambiente (UFAM), Berna. Prefazione.
Traduzione: Servizio linguistico italiano, UFAM
Progetto grafico e illustrazioni: M. Schneeberger, anamorph.ch
Link per scaricare il PDF:
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